2. Причины отказов гту

Причины отказов ГТУ

Таблица 3

Причина отказа	1971-1974 гг.		1975-1979 гг.
Дефекты оборудования, % В том числе: ошибки при проектировании дефекты монтажа дефекты изготовления и ремонта дефекты материала	70 40 17 11 2	73,1 44,8 10,6 14,2 3,5
Нарушения в эксплуатации, % В том числе: ошибки при управлении ошибки при техническом обслуживании	26 14 12	10,6 3,5 7,1
Прочие	4	16,3

Как следует из табл.3, основная причина отказов в некачественном проектировании установок и ошибках при изготовлении. С увеличением наработки установок уменьшается число отказов, вызванных нарушениями эксплуатационной документации. В то же время растёт число повреждений проточной части из-за попадания посторонних предметов.

В качестве показателей надёжности при анализе работоспособности ГТУ рассматривают коэффициент готовности к_г, нормативное значение которого для энергетических установок не менее 98 %, а для установок на базе авиационных и судовых ГТУ не менее 95 %. Для пиковых ГТУк_г ≥ 97 – 98 %. Для того, чтобы учесть время нахождения ГТУ в резерве при оценке надёжности используют также коэффициент технического использования

к_т = Т_p/Т_р + Т_ав + Т_ппр,

где Т_р- время нахождения в работоспособном состоянии;Т_ав- время нахождения в вынужденном (аварийном) простое;Т_ппр- время нахождения в плановом профилактическом ремонте.

Кроме этих показателей для оценки эксплуатационных свойств ГТУ используются:

• коэффициент вынужденных простоев к_вп =Т_вп/Т_р, гдеТ_вп- время вынужденных простоев;

• коэффициент безотказности пусков к_п =z/ (z+z’) , гдеz- количество успешных пусков;z’- количество неудавшихся (закончившихся отказом) пусков;

• коэффициент рабочего времени к_р=Т_р /Т_кгдеТ_к- календарное время эксплуатации ГТУ;

• коэффициент использования установленной мощности к_N=Э/(_ном∙ Т_к), гдеЭ– выработанная электроэнергия;_ном- номинальная мощность ГТУ;

• наработка на один запуск, Т_z = Т_р / z .

Отдельные данные по надёжности энергетических установок Германии приведены в табл.4.

Аналогичные результаты получены для отечественных ГТУ на Небит-Дагской и Якутской ГРЭС. Готовность ГТУ на этих станциях в основном определяется плановыми простоями для проведения профилактических работ. Установлено, что выше показатели надёжности для ГТУ, которые работают на природном газе, при стационарной нагрузке и с большой наработкой на запуск.

Показатели эксплуатационных свойств ГТУ

Таблица 4

Типы и режимы использования ГТУ		Число ГТУ	Мощность, МВт	Показатели
				кт	кр	кN	кп
Обы-чные	меньше 100 ч/год 100 – 1 999 2 000 – 3999 больше 4 000	19 17 5 10	839 1 041 287 428	93,6 84,9 80,2 76,8	0,3 9,7 36,3 62,6	0,2 7,6 31,7 35,2	87,7 91,1 94,3 88,2
	В среднем	51	2595	86,1	19,2	15,7	91,2
На основе авиационных ГТД		17	880	97,4	5,0	2,7	96,5

Безотказность запусков особенно важна для пиковых ГТУ. На ГТ-100 средние за много лет коэффициенты, учитывающие отказы при запуске, после которых задержка с включением в сеть превысила допустимое по диспетчерскому графику значение, либо рабочий цикл ГТУ был полностью сорван, составляют 94 – 98 %. На более простых по конструкции ГТУ типа ГТ-25 и ГТ-35 надёжность пусков ещё выше: к_п = 98100 %.

Значительный опыт эксплуатации ГТУ накоплен в авиации, на морском транспорте и на газоперекачивающих станциях магистральных трубопроводов. Несмотря на различия в конструкции и в условиях эксплуатации, результаты оценки надёжности ГТУ в смежных отраслях энергетики могут быть полезными как при проектировании новых установок, так и при разработке программ обеспечения надёжности существующих.

Статистическая оценка показателей надёжности газоперекачивающих агрегатов за период несколько десятков тысяч часов наработки подтвердила сделанные выше выводы о преобладающем количестве отказов лопаточного аппарата турбин и компрессоров. Как показано на рис. 7.3., параметр потока отказов рабочих лопаток турбины высокого давления ГТ-750-6 (статистическая оценка) по причине эрозионного износа после значительно увеличения при наработке примерно 14 тыс. часов уменьшается и стремится к некоторому стационарному значению в полном соответствии с закономерностями теории надёжности⁴.

Износ определялся осмотром проточной части, после чего лопатки заменялись на новые или восстанавливались. Параметр потока отказов определялся по числу восстановлений r_рем1000на 1 000 часов работы, делённому на количество установокN_уст и на наработку всех ГТУТ_р.

Рис.1. Показатели надёжности ГТ- 750-6 по причине износа рабочих лопаток турбины высокого давления

Рис. 2. Показатели надёжности ГТ-750-6, определённые по числу отказов рабочих лопаток турбины высокого давления из-за усталостного разрушения

При больших наработках на этой же установке наблюдались усталостные разрушения рабочих лопаток ТВД. Как показано на рис.7.4, по максимальному значению параметра потока отказов можно судить о том, что разрушения лопаток из-за усталости встречаются реже, чем по причине износа.

Аналогичные показатели надёжности ГТ-750-6, подсчитанные по числу отказов лопаток осевого компрессора показаны на рис.7.5.

Рис. 3. Показатели надёжности ГТ-750-6 , определённые по числу разрушений лопаток осевого компрессора

Видно, что параметр потока отказов для лопаток компрессора по абсолютной величине близок к этому показателю (по причине износа) для лопаток ТВД (рис.3), и эти показатели примерно совпадают по наработке при максимальном значении. Вполне возможно, что существует общая причина данного совпадения, например, в виде эрозионного воздействия абразивных частиц в цикловом воздухе.

Опыт эксплуатации отечественных и зарубежных ГТУ свидетельствует о том, что их надёжность зависит, прежде всего, от совершенства конструкции и технологии изготовления основных элементов, затем от цикла рабочего процесса и конструктивной схемы и, наконец, в значительной степени от условий эксплуатации.

Такие условия эксплуатации, как: уровень нагрузки; температура газов перед турбиной; количество, частота и время запуска; вид и сорт сжигаемого топлива; параметры окружающей среды; методы и организация эксплуатации и, в том числе, принципы проведения регламентных работ - могут заметно повлиять на показатели надёжности установок.

Так, например, детали камеры сгорания (КС) и турбин (жаровые трубы, газоходы от КС к турбине, сопловые и рабочие лопатки турбин) рассчитаны для работы в течение назначенного ресурса при температуре до 950 ⁰С. По кривым длительной прочности жаропрочных сплавов нетрудно установить, что при увеличении температуры металла на 20⁰С долговечность может снизиться в 2 раза, а при повышении на 50⁰С в 10 раз. Поэтому в эксплуатации важно избегать перегрузок ГТУ, а также местных перегревов горячих деталей из-за неудачных запусков и во время аварийных остановок.

Циклические температурные напряжения в горячих деталях при запусках ГТУ вызывают накопление повреждений и износ, что снижает долговечность установок.

Наличие в цикловом воздухе эрозионно-опасных примесей (песок, пыль) способствует ускоренному износу деталей проточной части и может привести к помпажу компрессора, который обычно сопровождается пожогом турбины.

От организации эксплуатации и технического обслуживания, квалификации обслуживающего персонала зависит соблюдение эксплуатационных инструкций и качество проведения профилактических работ. Всё это в значительной мере определяет надёжность установок.

3 Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. М.: Энергоатомиздат, 1985. – 304с.

4Терентьев А.Н., Седых З.С., Дубинский В.Г. Надёжность газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. – М.: Недра. 1979 г.